控制工程师论坛

第4.0.1条 用电单位需要的功率大，供电电压应相应提高，这是一般规律。

选择供电电压和输送距离有关，也和供电线路的回路数有关。输送距离长，为降低线路电压损失，宜提高供电电压等级。供电线路的回路多，则每回路的送电容量相应减少，可以降低供电电压等级。用电设备特性，例如波动负荷大，宜由容量大的电网供电，也就是要提高供电电压的等级。还要看用电单位所在地点的电网提供什么电压方便和经济。所以，供电电压的选择，不易找出严格的规律，只能订原则。

第4.0.2条 目前我国公用电力系统已逐步由10kV取代6kV电压。因此，采用10kV有利于互相支援，有利于将来的发展。故当供电电压为35kV及以上时，企业内部的配电电压宜采用10kV，用采用10kV配电电压可以节约有色金属，减少电能损耗和电压损失等，显然是合理的。

当企业有6kV用电设备时，如采用10kV配电，则其6kV用电设备一般经10/6kV中间变压器供电。例如在大、中型化工厂，6kV高压电动机负荷较大，则10kV方案中所需的中间变压器容量及其损耗就较大，开关设备和投资也增多，采用10kV配电电压反而不经济，而采用6kV是合理的。

由于各类企业的性质、规模及用电情况不一，6kV用电负荷究竟占多大比重时宜采用6kV，很难得出一个统一的规律。因此，条文中没有规定此百分数，有关部门可视各类企业的特点，根据技术经济比较、企业发展远景及过去积累的成熟经验确定。

当企业有3kV电动机时，应配用10(6)/3kV专用变压器，但不推荐以3kV作为配电电压。

在供电电压为220或110kV的大型企业内，例如重型机器厂，可采用三绕组主变压器，以35kV供大型电热设备，以10kV作为动力和照明配电电压。

第4.0.3条 在某些情况下，采用35kV电压作为配电电压比采用较低电压能减少配变电级数、简化结线。例如：某些大型企业(如大型钢铁企业)其车间负荷较大，可采用若干个35kV的降压变电所分别设在车间旁的负荷中心位置，并以35kV线路直接在厂区配电，而不采用设置大容量总降压变电所以较低的电压配电。这样可以大大缩短低压线路，降低有色金属和电能消耗量。又如某些企业其负荷不大又较集中，均为低压用电负荷，因工厂位于效区取得10(6)kV电源困难，当采用35kV供电，并经35/0.38kV直降变压器对低压负荷配电，这样可以减少变电级数，从而可以节约电能和投资，并可以提高电能质量，此时，宜采用35kV电压作为配电电压。

35kV以上电压作为企业内直配电压，通常受到设备、线路走廊、环境条件的影响，难以实现，且投资高，占地多，故不推荐。

第4.0.4条 电压偏差问题是普遍关系到全国工业和生活用电单位利益的问题，并非仅关系某一部门，从政策角度来看，则是贯彻节能方针和逐步实现技术现代化的重要问题。为使用电设备正常运行和有合理的使用寿命，设计供配电系统时应验算用电设备对电压偏差的要求。在各用电单位的受电端有一定的电压偏差范围，同时由于用电单位本身负荷的变化，往往使此范围更为增大。因此，在供电设计中应了解电源电压及本单位负荷变化的情况，进行本单位电动机、照明电压偏差计算。

条文中规定的电压偏差值，对电动机系根据国家标准《电机基本技术要求》(GB755-81)第4.1条规定：“电动机当电源电压(如为交流电源时频率为额定)与额定值的偏差不超过±5%时，输出功率仍能维持额定值”。

对照明系根据《工业企业照明设计标准》中有关的规定：“灯的端电压一般不宜高于其额定电压的105%，亦不宜低于其额定电压的95%(一般工作场所)及90%(对露天工作场所照明、远离变电所的小面积工作场所难于满足95%时，对应急照明、道路照明、警卫照明及电压为12～42V的照明)”。

对于其它用电设备，其允许电压偏差的要求应符合用电设备制造标准的规定，当无特殊规定时，根据一般运行经验及考虑与电动机、照明对允许电压偏差值基本一致，故条文规定为±5%。

用电设备，尤其是用得最多的异步电动机，端子电压如偏离GB755-81规定的允许电压偏差范围，将导致它们的性能变劣，寿命降低，及在不合理运行下增加运行费用，故要求验算端子电压。

对于少数距电源(变电所等)较远的电动机，如电动机端电压低于额定值的95%时，仍能保证电动机温升符合GB755-81的规定(电压为额定值的95%时温升允许超过的最大值：1000kW及以下为10K，1000kW以上为5K)，且堵转转矩、最小转矩、最大转矩均能满足传动要求时，则电动机的端电压可低于95%(但不得低于90%)，即电动机的额定功率适当选得大些，使其经常处于轻载状态，这时电动机的效率不比满载时低，但要增加电网的无功负荷。

下面列举国外这方面的数据以供比较：
美国标准——美国电动机的标准(NEMA标准)规定电动机允许电压偏差范围为±10%，美国供电标准也为±10%，参见第4.0.7条说明。
英国标准BS4999第31部分，1972年版31.3.2条规定：电动机在电压为95%～105%额定电压范围内应能提供额定功率；在英国本土(U.K)使用的电动机，按供电规范的要求，其范围应为94%～106%(供电规范中规定为±6%)。
关于达到允许电压极限时的温升，与我国标准均相同(略)。
澳大利亚标准与英国基本一样，为±6%。

1990年4月我国公布了国家标准《电能质量供电电压允许偏差》(GB 12325-90)，规定了“35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%。10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%”。这些数值是指供电部门电网对用户供电点处的数值，也是根据我国电网目前水平所制订的标准，当然与设备制造标准有差异、有矛盾。因而在上述标准内也有二点附注，即：①用电设备额定工况的电压允许偏差仍由各自标准规定，例如旋转电机按《旋转电机基本技术要求》规定，②对电压有特殊要求的用户，供电电压偏差由供用电协议确定。

第4.0.5条 在供配电系统设计中，正确选择供电元件和系统结构，就可以在一定程度上减少电压偏差。
由于电网各点的电压水平高低不一，合理选择变压器的变化(如选35±2×2.5%/10.5的变比还是38.5±2×2.5%/10.5的变比)和电压分接头，即可将供配电系统的电压调整在合理的水平上。但这只能改变电压水平而不能缩小偏差范围。

供电元件的电压损失与其阻抗成正比，在技术经济合理时，减少变压级数，增加线路截面，采用电缆供电，可以减少电压损失，从而缩小电压偏差范围。

合理补偿无功功率可以缩小电压偏差范围，见第4.0.6条说明。若因过补偿而多支出电费，也是不合理的。
在三相四线制中，如三相负荷分布不均(相线对中性线)，将产生零序电压，使零点移位，一相电压降低，另一相电压升高，增大了电压偏差，如图4.0.5所示。由于Y，yn0结线变压器零序阻抗较大，不对称情况较严重，因此应尽量使三相负荷分布均匀。同样，线间负荷不平衡，则引起线间电压不平衡，增大了电压偏差。

第4.0.6条 产生电压偏差的主要因素是系统滞后的无功负荷所引起的系统电压损失。因此，当负荷变化时，相应调整电容器的接入容量就可以改变系统中的电压损失，从而在一定程度上缩小电压偏差的范围。调整无功功率后，电压损失的变化可按下式计算：
对于线路：

并联电抗器的投入量可以看作是并联电容器的切除量。计算式同上。

并联电抗器在35kV以上区域变电所或大型企业的变电所内有时装设，用于补偿各级电压上并联电容器过多投入和电缆电容等形成的超前电流，抑制轻负荷时电压过高效果也很好，中小型企业的变电所无此装置。

同样，与调整电容器和电抗器容量的原理相同，如调整同步电机的励磁电流，使同步电动机超前或滞后运行，藉以改变同步电机产生或消耗的无功功率，也同样可以达到电压调整的目的。

二班制或以二班制为主的工厂(一班制工厂也是如此)，白天高峰负荷时电压偏低，因此将变压器抽头调在“-5%”位置上，但到夜间负荷轻时电压就过高，这时如切断部分负载的变压器，改用低压联络线供电，增加变压器和线路中的电压损耗，就可以降低用电设备的过高电压。在调查中不乏这样的实例。他们在轻载时切断部分变压器，既降低了变压器的空载损耗，又起到了电压调整的作用。

第4.0.7条 图4.0.7表示供电端按逆调压、稳压和不调压三种运行方式用电设备端电压的比较(也有称稳压为顺调压)。

图上设定逆调压时35kV母线变动范围为额定电压的0～+5%，各用电单位的重负荷和轻负荷出现的时间大体上一致，最大负荷为最小负荷的4倍，与此相应供电元件的电压损失近似地取为4倍，35kV、10kV和380V线路在重负荷时电压损失分别为4%、2%和5%，35/10kV及10/0.38kV变压器调分接头各提升电压2.5%及5%。

由图可知,用电设备上的电压偏差在逆调压方式下可控制在+3.2%～-4.9%，在稳压方式下为+3.2%～-9.9%，不调压时则为+8.2%～-9.9%。根据此分析，在电力系统合理设计和用电单位负荷曲线大体一致的条件下，只在110kV区域变电所实行逆调压，大部分用电单位的电压质量要求就可满足。因此条文规定了“35kV以上电压的变电所中的降压变压器，直接向35kV、10(6)kV电网送电时”应采用有载调压变压器，变电所一般是公用的区域变电所，也有大企业的总变电所。反之，如果中小企业都装置有载调压变压器，不仅增加投资和维护工作量，还将影响供电可靠性，从国家整体利益看，是很不合理的。

据向上海地区电业部门调查：该地区的220kV区域变电所有的设有载调压变压器，有的是无载调压；110kV的基本上都设有载调压；因所内有人值班，都由人工调节。今后建设的110kV变电所都设有载调压。

少数用电单位可能因其负荷曲线特殊，或距区域变电所过远等原因，在采用地区集中调压方式后，还不能满足电压质量要求，此时，可在35kV变电所也采用有载调压变压器。

以下列出美国标准处理调压问题的资料，以供借鉴。但应注意美国电动机标准是±10%，不是±5%。从美国标准中也可以看出，他们也是从整体上考虑调压，而不是“各自为政”。

美国电压标准(ANSI C84-la-1980)的规定：
1.供电系统设计要按“范围A”进行，出现“范围B”的电压偏差范围应是极少见的，出现后应即采取措施设法达到“范围A”的要求。
2.“范围A”的要求：
115～120V系统：
有照明时：用电设备处110～125V；供电点114～126V。
无照明时：用电设备处108～125V；供电点114～126V。

460～480V系统：(包括480/277V三相四线制系统)
有照明时：用电设备处440～500V；供电点456～504V。
无照明时：用电设备处432～500V；供电点456～504V。

13200V系统：供电点12870～13860V。

3.电动机额定电压：115V、230V、460V等。照明额定电压：120V、240V等。
从美国电压标准中计算出的电压偏差百分数：
对电动机；用电设备处(电机端子)无照明时+8.7%、-6%，有照明时+8.7%，-4.4%；供电点+9.6%，-0.9%。
对照明：用电设备处+4.2%，-8.3%；供电点+5%，-5%。
对高压电源(额定电压按13200V)：照+明+5%，-2.5%；电动机+9.6%，-1.7%。

注：实线表示重负荷时的情况，虚线表示轻负荷时的情况；括号内数字为供电元件的电压损失，无括号数字为电压偏差。

第4.0.8条 基本上述原因，10(6)kV变电所的变压器不必有载调压。条文中指出，在符合更严格的条件时，10(6)kV变电所才可有载调压。

第4.0.9条 在区域变电所实行逆调压方式可使用电设备的受电电压偏差得到改善，详见4.0.7条说明。但只采用有载调压变压器和逆调压是不够的，同时应在有载调压后的电网中装设足够的可调整的无功电源(电力电容器、调相机等)。因为当变电所调高输送电压后，线路中原来的有功负荷P和无或负荷Q都相应增加，尤其是因网路的电抗相当大，网路中的变压器电压损失和线路电压损失的增加量均与无功负荷增加量△Q成正比，可以抵消变压器调高电压的效果。所以在网路中应设置无功电源以减小无功负荷Q，并应可调，方能达到预期的调压交果。计算电压损失变化的公式见第4.0.6条说明。

逆调压的范围规定为0～+5%，4.0.7条说明图中证明用电设备端子上已能达到电压偏差为±5%的要求。我国现行的变压器有载调压分接头，220、110、63kV均为±8×1.25%，35kV为±3×2.5%，10(6)kV为±4×2.5%。
实行本条规定需要投入较多资金，在有条件时先做试点工作，逐步推广实行。

第4.0.10 我国已于1990年4月20日公布了国家标准《电能质量电压允许波动和闪变》(GB 12326-90)，规定了电力系统公共供点由冲击性功率负荷产生的电压波动和闪变电压允许值。

电弧炉等冲击性负荷引起的电压波动和闪变对其它用电设备影响甚大，如照明闪烁，显象管图象变形，电动机转速不均，电子设备、自控设备或某些仪器工作不正常，从而影响正常生产，因而应积极采取措施加以限制。
第一、二两款是考虑线路阻抗的作用。
第三款是考虑变压器阻抗的作用。冲击性负荷以弧焊机为例，机器制造厂焊接车间或工段的弧焊机群总容量很大时，宜由专用配电变压器供电。
第四款，有关炼钢电弧炉引起电压波动的标准，各国都有一些具体规定。例如瑞士的规定是：

的比值，单台时≤1.2%～1.6%，双台时≤2.0%～2.7%三台及以上时≤2.8%～3.7%。在我国，《电热设备电力装置设计规范》对电弧炉工作短路引起的供电母线的电压波动值作了限制的规定。本款规定“对于大功率电弧炉的炉用变压器由短路容量较大的电网供电”，一般就是由更高电压等级的电网供电。但在电压波动能满足限制要求时，应选用一次电压较低的变压器，有利于保证断路器的频繁操作性能。当然也可采取其它措施，例如：
1.采用电抗器，限制工作短路电流不大于电炉变压器额定电流的3.5倍(将降低钢产量)。
2.采用静止补偿装置。静止补偿装置对大功率电弧炉或其它功率冲击性负荷引起的电压波动和闪变以及产生的谐波有很好的补偿作用，但它的价格昂贵，故在条文中不直接推荐。

为使人们了解静止补偿装置(SVC，static var compensator)，现将其使用状况作简要介绍。
国际上在60年代就采用SVC，近几年发展很快，在输电工程和工业上都有应用。SVC的类型有：
PC/TCR(固定电容器/晶闸管控制电抗器)型；
TSC(晶闸管投切电容器)型；
TSC/TCR型；
SR(自饱和电抗器)型。
其中PC/TCR型是用得较多的一种。
TCR和TSC本身产生谐波，都附有消除设施。
自饱和电抗器型SVC的特点与优点有：
1.可靠性高。第四届国际交流与直流输电会议于1985年9月在伦敦英国电机工程师学会(IEE)召开，SVC是会议的三个中心议题之一。会议上专家介绍，自饱和电抗器式与晶闸管式SVC的事故率之比为1：7。
2.反应速度更快。
3.维护方便，维护费用低。
4.过载能力强。会议上专家又介绍实例，容量为192Mvar的SVC，可过载到800Mvar(大于4倍)，持续0.5s而无问题。如晶闸管式SVC要达到这样大的过载能力，须大大放大阀片的尺寸，从而大幅度提高了成本。
5.自饱和电抗器有其独特的结构特点，例如：三相的用9个铁芯柱，线圈的连接也比较特殊，目的是自身平衡5次、7次等高次谐波，还采用一个小型的3柱网形电抗器(Mdsh Reactor)来减少更高次谐波的影响。但其制造工艺和试验设备都有条件制造这种自饱和电抗器。
6.自饱和电抗器的噪音水平约为80dB，需要装在隔音室内。
7.成套的SVC没有一定的标准，但组成SVC的各项部件则有各自的标准，如自饱和电抗器的标准大部分和电力变压器相同，只是饱和曲线的斜率、谐波和噪音水平等的规定有所不同。

由于自饱和电抗器的可靠性高、电子元件少、维护方便，同时我国有一定条件的电力变压器厂都能制造，所以我国应迅速发展自饱和电抗器式的SVC。
我国原能源部电力科学研究院研制成功的两套自饱和电抗器式SVC已用于轧机冲击负荷的补偿。

第4.0.11条 谐波电力系统的危害一般有：
1.交流发电机、变压器、电动机、线路等增加损耗；
2.电容器、电缆绝缘损坏；
3.电子计算机失控，电子设备误触发，电子元件测试无法进行；
4.继电保护误动作或拒动；
5.感应型电度表计量不准确；
6.电力系统干扰通讯线路。

关于电力系统的谐波限制，各工业化国家由于考虑问题不同，所采用的指标类型、限值有很大的差别。如谐波次数，低次一般取2，最高次则19、25、40、50不等，有些国家不作限制，而西德只取5、7、11、13次。在所用指标上，有的只规定一个指标，如前苏联只规定了总的电压畸变值不大于5%，而美国则就不同电压等级和供电系统分别规定了电压畸变值，英国则规定三级限制标准等。近期各国正在对谐波的限值不断制订更完善和严格的要求，但还没有国际公认的推荐标准。

我国国家标准谐波限值，目前正由有关部门进行研究制订。

现介绍一些国外的谐波限值的具体规定：

1英国电气委员会工程技术导则G5/3。

第一级规定：按表4.0.11-1规定，供电部门可不必考虑谐波电流的产生情况。

第一级规定中换流器和交流调压器最大容量 表4.0.11-1

第二级规定：设备容量如超过第一级规定，但满足下列规定时，允许接入供电系统。

（1）用户全部设备在安装处任何相上所产生的谐波电流都不超过表4.0.11-2中所列数值；

（2）新负荷接入系统之前在公共点的谐波电压不超过表4.0.11-3值的75%；

（3）短路容量不是太小。

第二级规定的用户接入系统处的谐波电流允许值 表4.0.11-2

第三级规定：接上新负载后的电压畸变不应超过表4.0.11-3的规定。

2 美国国家标准ANSI/IEEE Std519-1981静止换流器谐波控制和无功补偿导则，其电力系统电压畸变限值见表4.0.11-4及表4.1.11-5。

3 日本电力会社的规定。其高次谐波电压限值见表4.0.11-6。

4 西德VDEN标准。其电压畸变限值见表4.0.11-7。

条文提出对降低电网电压正弦波畸变率的措施，说明如下：

第一款。由短路容量较大的电网供电，一般指由电压等级高的电网供电和由主变压器大的电网供电。电网短路容量大，则承受非线性负荷的能力高。
第二款。
1.整流变压器的相数多，整流脉冲数也随之增多。也可由安排整流变压器二次侧的接线方式来增加整流脉冲数。例如有一台整流变压器，二次侧有△和Y三相线圈各一组，各接三相桥式整流器，把这两个整流器的直流输出串联或并联(加平衡电抗)接到直流负荷，即可得到十二脉冲整流电路。整流脉冲数越高，次数低的谐波被消去，变压器一次侧谐波含量越小。
2.例如有两台Y/△Y整流变压器，若将其中一台加移相线圈，使两台变压器的一次侧主线圈有15°相角差，两台的综合效应在理论上可大大改善向电力系统注入谐波。
3.因静止整流器的直流负荷一般不经常波动，谐波的次数和含量不经常变更，故宜按谐波次数装设分流滤波器。滤波器由L-C-R电路组成，系列用串联谐振原理，各调谐在谐振频率为需要消除的谐波的次数。有的还装有一组高通滤波器，以消除更高次数的谐波。这种方法设备费用和占地面积较多，设计时应注意。
第三款。参看第6.0.7条说明。

第4.0.12条 关于三相电压和电流的不对称度限值，我国尚未制订国家标准。
第一款。是一般设计原则。
第二款。是向设计人员提供具体的准则，设计由公共低压电网供电的220V照明用户时，在什么情况下可以单相供电。本款的规定是华东各省市供电局的现行做法，照明用户或若干照明用户合用一个进线点，电流小于或等于30A的，用单相220V供电。上流沿用此办法30余年，未发现弊病，线路投资明显减少，线路损耗也增加不多，在小区内，供电局会考虑将许多220V单相进户点均衡地分配到三相上去。